Логическим элементом

Схемы ТТЛ относятся к интегральным логическим элементам среднего быстродействия. Время задержки сигнала в элементе ТТЛ составляет 5—10 не. Нагрузочная способность схем ТТЛ допускает подключение к выходу элемента до десяти логических схем.

Транзисторно-транзис торная логика (ТТЛ). Данные логические микросхемы (3.7) явились дальнейшим развитием схемы диодно-тран-зисторной логики. Они строятся на основе многоэмиттер-ных транзисторов, каждый из которых имеет обычно от двух до восьми эмиттеров, что соответствует логическим элементам И — НЕ с числом входов от двух до восьми. Если заменить р — п-переходы, входящие в структуру многоэмиттерного транзистора, эквивалентными диодами, электрическая схема практически совпадает с предыдущей схемой ДТЛ и будет работать аналогично. Интегральные микросхемы ТТЛ-типа имеют более высокое быстродействие по сравнению с ДТЛ и более экономичны. Это наиболее широко используемый в настоящее время в простых логических микросхемах тип логики, на ТТЛ-схемы приходится более 50% общего производства логических микросхем. Примером могут служить серии К106, К130, К133, К155.

В вычислительной технике находят применение импульсные устройства с весьма разнообразными параметрами. Поэтому в книге даны варианты практических схем триггеров и мультивибраторов. Кроме того, включены разделы, посвященные цифровым импульсным устройствам: логическим элементам, триггерам с логическим управлением, цифровым функциональным устройствам (регистрам, счетчикам, шифраторам, дешифраторам, сумматорам).

В третьей части, посвященной проектированию и применению систем телемеханики, анализируются функции контроля и управления, которые целесообразно поручить человеку или машине, даны рекомендации по проектированию систем телемеханики, в основном на интегральных микросхемах. Седьмая глава, посвященная применяемым в телемеханике логическим элементам и их теории, написана канд. техн. наук, доц. А. Н. Юрасовым.

В настоящее время большинство устройств релейной защиты выполняется с использованием электромеханических реле с подвижными замыкающими и размыкающими контактами. Начинают применяться и бесконтактные логические элементы. Как будет показано в § 9.6, электромеханические реле в большей мере приближаются к так называемым идеальным логическим элементам. Поэтому первоначально все логические операции рассматриваются при осуществлении их посредством контактов реле.

Все описанные логические элементы (электромеханические реле, диоды, триоды) относятся к так называемым асинхронным логическим элементам. Время прохождения сигнала от входа асинхронного элемента к его выходу (его иногда называют запаздыванием выходного сигнала) определяется только внутренними физическими процессами, происходящими в самом элементе, и не регламентируется извне. Для четкой их работы необходимо лишь, чтобы время действия входных сигналов с запасом превышало время установления нового рабочего режима элемента.

Сравнение абсолютных значений величин по схеме, приведенной на 4-26, б. К логическим элементам ЛЭ1 и ЛЭ2 подводятся сформированные из 1/р и /р величины / и В, действующие на срабатывание (например, А) и торможение (соответственно В). Через каждый из элементов ЛЭ проходит только по одному сигналу, которые далее сравниваются общей схемой сравнения СС. Такое исполнение [Л. 161] предусматривает сравнение максимальной и минимальной из ряда величин, т. е. использует в качестве ЛЭ макси- и мини-селекторы, как в одной из разг.овидностей многофазных реле сопротивления. Более полно возможности таких схем рассмотрены в [Л. 32].

Графическое представление рассмотренной функции показано на 5-24, б. Включение логических выходов на общую нагрузку (монтажная логика) условно изображается в виде псевдоэлемента, подобного обычным комбинационным логическим элементам. Чтобы подчеркнуть тот факт, что это не реальная микросхема, а способ соединения выводов, к символу выполняемой операции в основном поле добавляют условный знак — ромб. К символам функций соединяемых логических элементов добавляют знак & или 1 в соответствии с функцией псевдоэлемента.

Конструктивное исполнение МОП-транзисторов и способ их соединения в комплементарные пары обусловливают специфические характеристики этого семейства микросхем. Данные, которые приведены ниже, относятся к типовым приборам: инверторам, логическим элементам и т. п. Для микросхем средней, и особенно большой, степени интеграции такие параметры, как быстродействие, потребляемая мощность и некоторые другие, будут, естественно, иными. Реальные их значения для каждого конкретного типа приведены в справочниках.

ментов, принадлежащих к той же серии микросем. Возможно также применение монтажной логики. Поскольку в составе изделий КМОП есть логический элемент 564ЛА10 (2x2 И—НЕ) с открытыми стоками ( 6-20), его можно использовать подобно микросхемам ТТЛ. Однако, ввиду того что число входов у него невелико, монтажную логику можно выполнять иначе, с помощью обычных элементов И— НЕ, ИЛИ—НЕ. На 6-21, а показан способ получения многовходового элемента И—НЕ путем подключения к стандартным логическим элементам И—НЕ диодной схемы ИЛИ, Система реализует, следовательно, функцию

Некоторые типы микросхем, принадлежащие к разным видам логик, в функциональном отношении совпадают. Это относится в основном к приборам малой степени интеграции: логическим элементам, триггерам и т. п. Микросхемы средней, и особенно большой степени интеграции, как правило, специфичны: в составе микросхем различных серий ТТЛ есть функциональные узлы, которых нет в КМОП, и наоборот. С целью оптимизации схемных решений и снижения стоимости аппаратуры нередко используют микросхемы разных серий совместно.

Логическим элементом, весьма удобным для использования в схемах управляющих автоматов, является интегральная микросхема, называемая программируемой логической матрицей (ПЛМ). Схема ПЛМ имеет вид, представленный на 8.16.

Первая известная в свое время удачная попытка построить универсальную цифровую машину была предпринята в США Г. Айткеном. В 1944 г. он закончил релейную машину Марк-1 и установил ее в Гарвардском университете. В этой машине были использованы решения, ранее применявшиеся в СПМ и найденные Беббид-жем. Программа покомандно вводилась в устройство управления с перфоленты, но считывалась электрически. АУ и ЗУ были выполнены на десятипозиционных электромеханических устройствах. Основным логическим элементом в схемах, как и в СПМ, были реле. По сравнению с СПМ машина Марк-1 имела достаточно длинную последовательность программных ходов и хорошее, для своего времени, быстродействие: сложение 23-разрядных десятичных чисел производилось за 0,3 с, умножение — за 6 с, деление — за 11 с. Из-за ненадежности реле КПД машины был низким.

Условное графическое обозначение двоичного логического элемента имеет форму прямоугольника, который может содержать три поля: основное и два дополнительных. В основном поле помещают информацию о функции, выполняемой логическим элементом — символ функции и при необходимости дополнительные данные по ГОСТ 2.304 — 68. В дополнительных полях помещают условные обозначения входов и выходов, называемые метками. Дополнительные поля и метки обычно имеют комбинационные и сложные логические элементы, у которых все входы (выходы) логически неравноценны.

Операция НЕ реализуется логическим элементом НЕ или инвертором, обозначение которого приведено на 8.21, в. Логический элемент ЗАПРЕТ имеет в простейшем случае лишь два входа: разрешающий (вход хг) и запрещающий (вход ха). Выходной сигнал повторяет сигнал на разрешающем входе Xi, если х2=0. При х2=1 на выходе возникает сигнал «О» независимо от значения х±. Стандартное условное обозначение элемента ЗАПРЕТ приведено на 8.21, г.

Мощность рассеяния — мощность, потребляемая логическим элементом от источника питания.

Полная мощность, рассеиваемая логическим элементом,

статическая помехоустойчивость по низкому U^,OM и высокому С/пОМ уровням, представляющая собой такое наибольшее и наименьшее допустимое напряжение статической помехи на входе, при котором не происходит изменения выходных уровней. Так, t/пом есть наибольшее напряжение на входе, превышающее номинальное напряжение логического 0, которое не приводит к "перебросу" логического элемента (например, инвертора из "1" в "О"), т.е. не воспринимаемое логическим элементом, как "1" на входе; Я7

По сравнению с рассмотренными выше элементами схемы ДТЛ имеют ряд достоинств: высокие коэффициенты разветвления п и объединения т; возможность регулирования и достижения хорошей помехоустойчивости элемента (обычно считают достаточной нечувствительность к помехам, приблизительно равную 1 В); сравнительно малую мощность, потребляемую логическим элементом (10—50 МВт); высокую скорость переключения.

Триггер может быть представлен в виде кольцевого соединения двух логических элементов И-НЕ или ИЛИ-НЕ ( 105, с), но более удобно другое, симметричное изображение ( 105, б) с перекрестными связями, подчеркивающее двустабильность триггера и возможность управления каждым логическим элементом по своим входам, а также — считывание записанной информации по отдельным выходам (Q — прямым и инверсным, обратным по знаку, Q выходам). В общем случае структурная схема триггера имеет вид, приводимый на 105, в. Из рассмотрения этой схемы следует, что в любом триггере, помимо собственно триггера, способного хранить информацию, имеется еще и устройство управления (иногда весьма сложное) процессом записи — считывания информации.

Логические элементы, входящие в состав указанных серий ИМС, могут быть образованы комбинированием двух базовых схем: логического элемента И — НЕ ( 6.10, а) и расширителя по входу ИЛИ ( 6.10, б). Расширитель по входу ИЛИ совместно с логическим элементом И — НЕ образует логический элемент И — ИЛИ — НЕ ( 6.10, в). Присоединяя расширитель ( 6.10, б) к входам 7, 2 ( 6.10, в), можно увеличить число объединений по логическому входу ИЛИ. Для всех схем ТТЛ, имеющих возможность расширения по входу ИЛИ, максимальное число объединений равно восьми. В случае присоединения одного расширителя задержка распространения сигнала схемы увеличивается примерно на 5 не, а потребляемая мощ-

Нервная система состоит из клеток, получивших название нейронов. Нейроны, где бы они ни находились, имеют одинаковую структуру и примерно одинаковые логические характеристики. Они являются наиболее универсальным логическим элементом. На основе нейронов строятся простые и упорядоченные нейронные сети, указывающие ка тот, пока еще не достижимый в технике факт, что с помощью единственного элемента можно построить систему, способную выполнять сложнейшие задачи,